RU2754716C1 - Ultrasonic locator measurement error compensation device - Google Patents
Ultrasonic locator measurement error compensation device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754716C1 RU2754716C1 RU2021102194A RU2021102194A RU2754716C1 RU 2754716 C1 RU2754716 C1 RU 2754716C1 RU 2021102194 A RU2021102194 A RU 2021102194A RU 2021102194 A RU2021102194 A RU 2021102194A RU 2754716 C1 RU2754716 C1 RU 2754716C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time interval
- input
- outputs
- reference voltage
- output
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/296—Acoustic waves
- G01F23/2962—Measuring transit time of reflected waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковым локационным измерителям уровня жидкости в резервуарах на автозаправочных станциях и нефтебазах, сыпучих продуктов в зернохранилищах, расстояния в робототехнике и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to ultrasonic location meters for liquid level in tanks at gas stations and oil depots, bulk products in granaries, distance in robotics and other sectors of the national economy.
Известно устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового уровнемера [RU 75034 U1, МПК G01F23/28 (2006.01), опубл. 20.07.2008], содержащее генератор ультразвуковых импульсов, соединенный с излучателем, приемник, соединенный с усилителем, к выходу которого подключены два пороговых устройства с различными пороговыми напряжениями. К входу каждого порогового устройства подключен свой источник опорного напряжения. Выход первого порогового устройства подключен к первому и второму блокам формирования временного интервала. Выход второго порогового устройства подключен ко второму блоку формирования временного интервала. Выходы первого и второго блоков формирования временного интервала подключены к блоку управления и индикации, выходы которого подключены к генератору и первому блоку формирования временного интервала.Known device for compensating the measurement error of an ultrasonic level gauge [RU 75034 U1, IPC G01F23 / 28 (2006.01), publ. 07/20/2008], containing an ultrasonic pulse generator connected to the emitter, a receiver connected to an amplifier, to the output of which two threshold devices with different threshold voltages are connected. A reference voltage source is connected to the input of each threshold device. The output of the first threshold device is connected to the first and second blocks for generating the time interval. The output of the second threshold device is connected to the second block for generating the time interval. The outputs of the first and second blocks for forming the time interval are connected to the control and display unit, the outputs of which are connected to the generator and the first block for forming the time interval.
Это устройство имеет низкую точность измерения, обусловленную произвольным выбором порогового напряжения.This device has a low measurement accuracy due to the arbitrary choice of the threshold voltage.
Техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего снижение погрешности измерений.The technical result of the invention is to create a device that reduces the measurement error.
Предложенное устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора, так же как в прототипе, содержит генератор ультразвуковых импульсов, соединенный с излучателем, приемник, соединенный с усилителем, к выходу которого подключены два пороговых устройства с различными пороговыми напряжениями, два источника опорного напряжения, подключенные к входам соответствующих пороговых устройств, выходы пороговых устройств подключены к соответствующим блокам формирования временного интервала, выходы которых подключены к блоку управления и индикации, выходы которого соединены с входом генератора и входом первого блока формирования временного интервала.The proposed device for compensating the measurement error of an ultrasonic locator, as in the prototype, contains an ultrasonic pulse generator connected to the emitter, a receiver connected to an amplifier, to the output of which two threshold devices with different threshold voltages are connected, two reference voltage sources connected to the inputs of the corresponding threshold devices, the outputs of the threshold devices are connected to the corresponding blocks for the formation of the time interval, the outputs of which are connected to the control and display unit, the outputs of which are connected to the input of the generator and the input of the first block of the formation of the time interval.
Согласно изобретению в качестве источников опорного напряжения использованы регулируемые источники опорного напряжения с изменяемым напряжением, входы которых подключены к выходам соответствующих регуляторов, входы которых связаны с блоком управления и индикации. При этом выход первого блока формирования временного интервала соединен со вторым входом второго блока формирования временного интервала.According to the invention, adjustable reference voltage sources with variable voltage are used as reference voltage sources, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding regulators, the inputs of which are connected to the control and display unit. In this case, the output of the first block for generating a time interval is connected to the second input of the second block for forming a time interval.
В отличие от прототипа вместо двух источников опорного напряжения с фиксированным напряжением использованы два регулируемых источника опорного напряжения с изменяемым напряжением, что обеспечивает более точное определение временной координаты эхо-сигнала, и соответственно уменьшает погрешность измерения ультразвукового локатора.In contrast to the prototype, instead of two reference voltage sources with a fixed voltage, two adjustable reference voltage sources with a variable voltage are used, which provides a more accurate determination of the time coordinate of the echo signal, and, accordingly, reduces the measurement error of the ultrasonic locator.
На фиг. 1 показана функциональная схема устройства компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора.FIG. 1 shows a functional diagram of the device for compensating the measurement error of an ultrasonic locator.
На фиг. 2 представлены диаграммы эхо-сигнала, пороговые напряжения U1 и U2, а также временные интервалы между излученным импульсом и срабатыванием первого порогового устройства и между срабатыванием первого и второго пороговых устройств.FIG. 2 shows the echo signal diagrams, the threshold voltages U1 and U2, as well as the time intervals between the emitted pulse and the triggering of the first threshold device and between the triggering of the first and second threshold devices.
Устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит блок управления и индикации 1, выход которого соединен с генератором ультразвуковых импульсов 2 и первым входом первого блока формирования временного интервала 3 (фиг. 1). Генератор ультразвуковых импульсов 2 подключен к ультразвуковому излучателю 4. Ультразвуковой приемник 5 соединен с усилителем 6, выход которого подключен к входам первого 7 и второго 8 пороговых устройств. К другому входу первого порогового устройства 7 подключен выход первого регулируемого источника опорного напряжения 9 (РИОН 1). Выход второго регулируемого источника опорного напряжения 10 (РИОН 2) подключен к входу второго порогового устройства 8. Выход первого порогового устройства 7 подключен ко второму входу первого блока формирования временного интервала 3. Выход второго порогового устройства 8 подключен к первому входу второго блока формирования временного интервала 11. Блок управления и индикации 1 соединен с выходом второго блока формирования временного интервала 11. Выход первого блока формирования временного интервала 3 подключен к входу блока управления и индикации 1, который связан с входом первого регулятора 12 и с входом второго регулятора 13. Выход первого регулятора 12 соединен с входом первого регулируемого источника опорного напряжения 9 (РИОН1). Выход второго регулятора 13 соединен с входом второго регулируемого источника опорного напряжения 10 (РИОН2). Выход первого блока формирования временного интервала 3 соединен со вторым входом второго блока формирования временного интервала 11.The device for compensating the measurement error of the ultrasonic locator contains a control and
Блок управления и индикации 1 может быть выполнен на микроконтроллере ATMEGA16 и индикаторах DA56-11SRWA, в котором для подсчета временных интервалов используются два внутренних таймера-счетчика. Первый 3 и второй 11 блоки формирования временного интервала выполнены на стандартных микросхемах К1554ТМ2. В качестве первого 7 и второго 8 пороговых устройств использованы микросхемы К521СА3. Генератор ультразвуковых импульсов 2 может быть выполнен по схеме с разрядом накопительной емкости на тиристорах типа КУ104Г. Приемник 5 и излучатель 4 могут быть изготовлены из любой пьезокерамики, например, из ЦТС-19. Усилитель 6 может быть выполнен на операционном усилителе, например, 544УД2. Первый 9 и второй 10 регулируемые источники опорного напряжения могут быть выполнены на микросхемах TL431. Первый 12 и второй 13 регуляторы могут быть выполнены на цифровом потенциометре, например AD5260BRUZ20 фирмы Analog Devices.The control and
Предлагаемое устройство было использовано для определения уровня жидкости, которое поместили в резервуар размером 2000 × 200 × 200 мм. Резервуар заполнили водой до уровня 1800 мм. При определении уровня жидкости блок управления и индикации 1 выработал импульс запуска для генератора ультразвуковых импульсов 2. Этим же импульсом первый блок формирования временного интервала 3 установился в состояние логической единицы. Генератор ультразвуковых импульсов 2 передал импульс возбуждения на излучатель 4. Излученный ультразвуковой импульс распространился по воде до верхнего уровня, от которого произошло отражение и вернулся на приемник 5. После усиления усилителем 6 сигнал поступил на вход первого 7 и второго 8 пороговых устройств. На второй вход порогового устройства 7 подали напряжение от первого регулируемого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1). Выходное напряжение первого регулируемого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1) соответствовало цифровому коду, поступившему от блока управления и индикации 1 на первый регулятор 12. Как только напряжение на выходе усилителя 6 превысило напряжение , выход первого порогового устройства 7 переключился в состояние логической 1, которая сбросила первый блок формирования временного интервала 3 в состояние логического нуля (точка на фиг. 2), а второй блок формирования временного интервала 11 установился в состояние логической единицы. Одновременно сигнал с выхода усилителя 6 поступил на вход второго порогового устройства 8, на другой вход которого подано напряжение от второго регулируемого источника опорного напряжения 10 (ИОН 2), выходное напряжение которого соответствовало цифровому коду, поступившему от блока управления и индикации 1 на второй регулятор 13. Второе пороговое устройство 8 переключилось в состояние логической единицы, когда входное напряжение превысило напряжение (точка на фиг. 2). Логическая единица на выходе второго порогового устройства 8 установила второй блок формирования временного интервала 11 в состояние логического нуля. Таким образом, на выходе первого блока формирования временного интервала 3 сформировался импульс, длительность которого равна времени (-), а на выходе второго блока формирования временного интервала 8 импульс длительностью (-). The proposed device was used to determine the level of a liquid, which was placed in a tank measuring 2000 × 200 × 200 mm. The reservoir was filled with water to a level of 1800 mm. When determining the liquid level, the control and
В начале пороговое напряжение от первого регулируемого источника опорного напряжения 9 (ИОН 1) равнялось 1,1 вольта, напряжение второго регулируемого источника опорного напряжения 10 (ИОН 2) равнялось 2,2 вольта, период колебаний ультразвуковой волны Т = 8 мкс, временной интервал (-) равнялся 1216 мкс. Затем блок управления и индикации 1 через первый регулятор 12 уменьшил напряжение до 1,09 вольта, временной интервал (-) равнялся 1215,6 мкс. Затем блок управления и индикации 1 через первый регулятор 12 уменьшил напряжение до 1,04 вольта, измеренный временной интервал равнялся 1209 мкс. Изменение временного интервала составило: Это больше, чем .At the beginning, the threshold voltage from the first adjustable reference voltage source 9 (ION 1) was 1.1 volts, the voltage the second adjustable reference voltage source 10 (ION 2) was 2.2 volts, the oscillation period of the ultrasonic wave T = 8 μs, the time interval ( - ) was equal to 1216 μs. Then the control and
При этом временной интервал (-) составил 15 мкс.In this case, the time interval ( - ) was 15 μs.
Затем блок управления и индикации 1 через второй регулятор 13 уменьшил напряжение до 2,19 вольта, измеренный временной интервал (-) равнялся 14,6 мкс. Затем блок управления и индикации 1 через второй регулятор 13 уменьшил напряжение до 2,12 вольта, измеренный временной интервал (-) равнялся 8 мкс. Изменение временного интервала составило: Это больше, чем .Then the control and
Расчетный временной интервал распространения ультразвукового импульса составил:The calculated time interval for the propagation of an ultrasonic pulse was:
, ,
расчетный уровень воды составил:the calculated water level was:
. ...
Ошибка измерения уровня Δh составила:The error in measuring the level Δh was:
Экспериментально установлено, что погрешность измерения уровня не превышает λ/6.It has been experimentally established that the level measurement error does not exceed λ / 6.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102194A RU2754716C1 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102194A RU2754716C1 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754716C1 true RU2754716C1 (en) | 2021-09-06 |
Family
ID=77670175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021102194A RU2754716C1 (en) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754716C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4334431A (en) * | 1978-08-09 | 1982-06-15 | Fuji Electric Company, Ltd. | Ultrasonic measuring instrument |
RU2129703C1 (en) * | 1995-12-07 | 1999-04-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Центр внедрения систем промышленного назначения" | Process of compensation of errors of acoustic location level indicators and device for its implementation |
US7562570B2 (en) * | 2006-03-13 | 2009-07-21 | Oleumtech Corporation | Ultrasonic oil/water tank level monitor having wireless transmission means |
RU2380659C1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Method of compensating ultrasonic level gauge measurement errors |
RU2406979C2 (en) * | 2009-01-11 | 2010-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Device for compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements |
RU2703836C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
-
2021
- 2021-02-01 RU RU2021102194A patent/RU2754716C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4334431A (en) * | 1978-08-09 | 1982-06-15 | Fuji Electric Company, Ltd. | Ultrasonic measuring instrument |
RU2129703C1 (en) * | 1995-12-07 | 1999-04-27 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Центр внедрения систем промышленного назначения" | Process of compensation of errors of acoustic location level indicators and device for its implementation |
US7562570B2 (en) * | 2006-03-13 | 2009-07-21 | Oleumtech Corporation | Ultrasonic oil/water tank level monitor having wireless transmission means |
RU2380659C1 (en) * | 2008-12-01 | 2010-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Method of compensating ultrasonic level gauge measurement errors |
RU2406979C2 (en) * | 2009-01-11 | 2010-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Device for compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements |
RU2703836C1 (en) * | 2019-04-05 | 2019-10-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Ultrasonic locator measurement error compensation device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10281315B2 (en) | System and method for measuring a speed of sound in a liquid or gaseous medium | |
CN103403506A (en) | Arrangement and method for determining a concentration of a constituent of a fluid mixture | |
RU2754716C1 (en) | Ultrasonic locator measurement error compensation device | |
US3423992A (en) | Ultrasonic apparatus for measuring thickness or distances | |
RU2544310C1 (en) | Method to compensate for error of measurement of ultrasonic locator | |
RU2748137C1 (en) | Method of compensation of the measurement inaccuracy of the ultrasonic locator | |
KR20200066297A (en) | 1st half time meter, gas concentration measuring device, 1st half time measuring program and 1st half time measuring method | |
RU2380659C1 (en) | Method of compensating ultrasonic level gauge measurement errors | |
CN205785491U (en) | A kind of Sound speed profile instrument based on TOF technology | |
RU2406979C2 (en) | Device for compensating for errors in ultrasonic level gauge measurements | |
RU75034U1 (en) | ULTRASONIC LEVEL MEASUREMENT COMPENSATION DEVICE | |
Soldatov et al. | Ultrasonic level gauge of light oil | |
RU2310174C1 (en) | Ultrasonic level meter | |
RU2703836C1 (en) | Ultrasonic locator measurement error compensation device | |
RU2599602C1 (en) | Method for compensation of error of measurement of ultrasonic locator | |
RU2703834C1 (en) | Method of compensation for measurement error of ultrasonic locator | |
CN105823548A (en) | Sound velocity profiler based on TOF technology | |
US3323353A (en) | Ultrasonic inspection | |
RU2691873C1 (en) | Device for measuring mass of liquid fuel components during operation of low-thrust rocket engines in mode of single inclusions and in pulse modes | |
RU2396521C1 (en) | Device for compensating for ultrasonic level gauge measurement errors | |
RU2470267C1 (en) | Device to compensate for error in measurement by ultrasonic level metre | |
RU2384822C1 (en) | Measurement error compensation device of ultrasonic level gauge | |
RU2176382C1 (en) | Radar pulse recirculation level indicator | |
US3115771A (en) | Method and apparatus for ultrasonic shearwave inspection | |
RU2688883C2 (en) | Fluid acoustic detector and its application method |